Des groupes de recherche ont démontré pour la première fois que des bases mutuellement impartiales (MUB) inéquivalentes ont des capacités d'extraction d'informations différentes pour le traitement de l'information quantique. Les résultats de la recherche ont été publiés dans Physical Review Letters. .

Les observables complémentaires, tels que les coordonnées et la quantité de mouvement, sont des concepts fondamentaux de la mécanique quantique. Les mesures correspondantes sont appelées mesures mutuellement impartiales, qui sont inextricablement liées aux MUB.

Les MUB sont profondément liés à la fois au principe de complémentarité et à la relation d'incertitude, jouant un rôle important dans l'étude fondamentale de la mécanique quantique. Il est démontré que toutes les bases non biaisées ne sont pas équivalentes. Des MUB inéquivalents peuvent être construits lorsque la dimension de l'espace de Hilbert est égale ou supérieure à 4.

La plupart des études connexes se sont limitées aux différences mathématiques des MUB inéquivalents et traitent rarement des différences de dotation des MUB inéquivalents dans le traitement de l'information quantique. Par conséquent, les chercheurs souhaitaient savoir si des MUB inéquivalents présenteraient des différences significatives dans le traitement de l'information quantique.

Partant d'un simple problème d'estimation quantique, les chercheurs ont proposé une nouvelle méthode pour distinguer les distinctions opérationnelles entre les MUB inéquivalents. En particulier, la fidélité de l'estimation en trois copies peut distinguer les MUB inéquivalents dans un espace de Hilbert de dimension 4.

Afin de faciliter la démonstration expérimentale de cette méthode, les chercheurs ont construit deux plans 4 avec des cardinalités plus petites en dimension 4, dont l'un a été généré avec le groupe de Clifford et l'autre a été généré par une procédure d'optimisation numérique.

L'ensemble d'états purs basé sur 4 plans garantit que la fidélité de l'estimation ne dépend pas des transformations unitaires, reflétant ainsi les propriétés intrinsèques des bases non biaisées.

L'équipe de recherche, en utilisant la plate-forme de mesure de précision quantique optique multi-copies de haute précision, a vérifié expérimentalement que les MUB inéquivalents dans un espace à 4 dimensions avaient des capacités d'extraction d'informations différentes dans la mesure réelle d'états quantiques à trois copies.

Grâce à des mesures mutuellement impartiales utilisées dans l'expérience d'extraction d'informations sur l'état quantique, il a été révélé que la fidélité de l'estimation était liée aux propriétés intrinsèques des MUB.

Avec la sélection différente des MUB, la fidélité maximale obtenue expérimentalement diffère de la fidélité minimale d'environ 4 %, et elle a bien répondu à la prédiction théorique avec seulement 0,16 % d'écart moyen.

Cette étude marque un grand pas en avant dans l'étude des MUB inéquivalents et a des applications potentielles dans de nombreuses tâches de traitement de l'information quantique telles que l'estimation de l'état quantique, la détection de l'intrication et la communication quantique.

Les groupes de recherche comprennent les professeurs Li Chuanfeng, Xiang Guoyong et Hou Zhibo, dirigés par l'académicien Guo Guangchan de l'Université des sciences et technologies de Chine (USTC) de l'Académie chinoise des sciences (CAS), en collaboration avec le professeur Zhu Huangjun. de l'Université de Fudan,